CN108180260B - 一种旋挖钻机及其动力头增扭装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动力头增扭装置，包含增扭箱和托架，托架一端与增扭箱连接，另一端伸出有可卡在桅杆上的卡爪；增扭箱包括：由太阳轮轴、安装在行星架上的行星轮与齿圈通过齿轮啮合组成的行星减速机构和夹持固定行星减速机构的上箱体和下箱体，行星减速机构通过上箱体和下箱体连接固定在托架上；太阳轮轴上端用于与动力头输出端连接；齿圈上端与上箱体连接，齿圈下端与下箱体连接；行星架下端设置一用于与需要埋设的套管进行连接的下连接端。本发明的动力头增扭装置可设置在旋挖钻机上，可将护筒下放到指定位置，能满足更大直径及更大深度的套管埋设需求，具有结构简单、工作稳定可靠、拆装便捷等特点。

Description

一种旋挖钻机及其动力头增扭装置

技术领域

本发明涉及基础工程施工中表面或地下成孔的钻孔设备领域，特别涉及一种旋挖钻机。

背景技术

旋挖钻机是一种用于桩基础工程中混凝土灌注桩施工的成孔机械。近年来，随着我国经济建设迅速发展，旋挖钻机在国内外高速公路、铁路、跨江跨海大桥、城市轨道交通等工程中应用日益广泛。

通常情况下，旋挖钻机采用静态泥浆护壁的湿式旋挖工法或不用稳定液的干式旋挖工法，配合不同的钻具，能够适应大部分地区的土层及软硬层施工。但在淤泥、流砂、回填、溶洞等不稳定地层，或者在欧美等一些不允许采用泥浆的地区施工时，往往需要额外采用全回转钻机、搓管机或履带吊配振动锤进行全套管施工，增加大量额外设备的同时，给现场带来了巨大的装拆工作量，存在施工成本高，效率低等问题。全套管旋挖工法与湿式旋挖工法和干式旋挖钻工法的不同之处在于全套管旋挖工法采用辅助设备埋设了部分或全钻孔深度的钢质套管进行护壁，因此提高了旋挖钻机对地层的适应性。如能利用旋挖钻机动力头进行全套管施工，则会减少了大量辅助设备及现场安装工作量，施工效率高且经济、便捷。

现有旋挖钻机的动力头扭矩只能满足小直径或较浅深度的套管埋设，无法满足大部分工程需求。实际施工中，存在施工效率不理想、设备损坏程度较大，甚至无法实现套管驱动的问题。

发明内容

针对目前工程施工存在的问题，本发明提供了一种旋挖钻机动力头增扭装置，解决了目前利用旋挖钻机埋设钢质护筒中因扭矩不足导致的护筒无法下放到指定位置的难题，且该装置可直接在旋挖钻机上面进行拆装，不影响原有功能，具有结构简单、工作稳定可靠、拆装便捷等特点。

为了实现上述目的，本发明提供了一种旋挖钻机及其动力头增扭装置。

一种动力头增扭装置，其特征在于，包含增扭箱和托架，托架一端与增扭箱连接，另一端伸出有可卡在桅杆上的卡爪，通过卡爪使托架可沿桅杆垂直滑动；

所述增扭箱包括：由太阳轮轴、安装在行星架上的行星轮与齿圈通过齿轮啮合组成的行星减速机构和夹持固定行星减速机构的上箱体和下箱体，行星减速机构通过上箱体和下箱体连接固定在托架上；

太阳轮轴为空心轴，形成可容纳钻杆垂直穿过的空间；太阳轮轴上端用于与动力头输出端连接；齿圈上端与上箱体连接，齿圈下端与下箱体连接；行星架下端设置一用于与需要埋设的套管进行连接的下连接端；

进一步地，行星架上端面设置一上连接端，上连接端和/或下连接端的内侧与太阳轮轴之间分别夹持设置一套于太阳轮轴上的内轴承，内轴承通过连接在上连接端和/或下连接端的内密封座进行轴向固定。

进一步地，行星架上端面设置一上连接端，上连接端和/或下连接端的外侧与上箱体和/或下箱体之间分别夹持设置一套于上连接端和/或下连接端上的外轴承，外轴承通过连接在上箱体和/或下箱体上的外密封座进行轴向固定。

进一步地，位于下端的内轴承还通过限位装置固定在行星架中，所述限位装置为沿圆周间隔排列的分段式结构。

进一步地，行星架为分体结构，包括上架体、下架体和连接上架体和下架体的多个连轴；相邻的连轴之间形成的空间用于容纳安装行星轮。

进一步地，上架体和下架体上分别设置有用于容纳行星轮销轴的安装孔，行星轮通过行星轮销轴安装于相邻的连轴之间形成的空间中。

进一步地，太阳轮轴的内壁设置一加强段，加强段处的壁厚大于其他位置的内壁厚度，加强段位于行星架与齿圈相配合的位置。

进一步地，太阳轮轴的中空轴内直径范围为300毫米至800毫米之间。

进一步地，太阳轮轴上端与动力头输出端通过若干销轴连接，且销轴轴线方向与动力头回转中心垂直。

一种旋挖钻机，包含旋挖主机、桅杆、钻杆、以及固定在桅杆上可驱动钻杆进行钻孔的动力头，其特征在于，还包括上述任意所述的动力头增扭装置。

本发明所达到的有益效果：

本发明的动力头增扭装置，设置在旋挖钻机上，动力头的输出扭矩通过增扭装置后，最终输出扭矩得到提升，起到了扭矩放大作用，在旋挖钻机埋设钢质护筒时，可将护筒下放到指定位置，能满足更大直径及更大深度的套管埋设需求，且该动力头增扭装置可直接在现有的旋挖钻机上进行拆装和安装使用，不影响原有旋挖钻机的功能，具有结构简单、工作稳定可靠、拆装便捷等特点。

附图说明

图1旋挖钻整体结构示意图；

图2增扭装置整体示意图；

图3增扭装置与动力头连接示意图；

图4图2增扭装置的主视图；

图5图2增扭装置的俯视图；

图6图4增扭装置的纵向剖视图；

图7图6的横向剖视图；

图8行星架示意图；

图中，1-旋挖主机 2-桅杆 3-钻杆 4-动力头 5-增扭装置 6-销轴 7-增扭箱 8-销轴 9-托架 10-螺栓 11-卡板 12-上箱体 13-行星架131-下连接端132-上连接端 14-齿圈 15-下箱体 16-密封座17-密封18-限位装置 19-密封座20-密封21-轴承22-轴承23-行星轮轴承 24-行星轮销轴 25-密封座 26-太阳轮轴 261-加强段 27-行星轮。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

一种旋挖钻，包含旋挖主机1、桅杆2、钻杆3以及支撑固定在桅杆上的动力头4和增扭装置5，动力头4及增扭装置5可沿桅杆2上下运动，动力头4驱动钻杆3进行钻孔，同时动力头4输出端通过销轴6与增扭装置5相连，动力头4通过增扭装置5将最终扭矩增大，使增扭装置5输出端可满足大直径或较深深度的套管埋设。

结合图2－图7，增扭装置5包含增扭箱7、托架9以及连接固定增扭箱7及托架9的销轴8、螺栓10及卡板11，增扭箱7与托架9通过销轴8连接，且销轴6轴线方向与动力头4回转中心平行。托架9一端与增扭箱7连接，另一端伸出两个卡爪卡在桅杆2上，使托架9可沿桅杆2垂直滑动。增扭箱7通过托架9依附在桅杆2上，可以增加其稳定性和可靠性，尽量减少其自重对动力头4造成的影响。但由于桅杆2与钻杆3之间的距离有限，因此，增扭箱7内部的结构设计既要满足有限空间的装配、施工和生产成本需求，又要满足扭矩输出、强度、刚度和配合精度的需求，并且尽可能的减少其自重，因此，增扭箱7内部的结构设计需要综合考虑各方面因素，最终设计出可满足需求的增扭箱。

增扭箱7中，动力头4输出扭矩通过销轴6传递至太阳轮轴26，太阳轮轴26、行星轮27与齿圈14组成了一种行星减速机构，太阳轮轴26为空心轴，形成可容纳钻杆3垂直穿过的空间，使增扭箱7可随动力头4一起沿桅杆2上下运动，不影响钻杆3的运动。太阳轮轴26上端通过销轴6与动力头4输出端连接。太阳轮轴26为行星减速机构的输入端，齿圈14为行星减速机构的固定端，齿圈14上端通过螺栓与上箱体12连接，齿圈14下端通过螺栓与下箱体15连接，最终由行星架13为输出端进行行星减速机构的扭矩输出。行星架13下端的下连接端131可与需要埋设的套管进行连接，用于将套管一节一节地依次送入经钻杆3施钻后形成的较深的钻孔处。上箱体12和下箱体15均与托架9一端连接固定，使其受力大，保证了使用寿命。

太阳轮轴26的内壁设置一加强段261，加强段261处的壁厚大于其他位置的内壁厚度，加强段261位于行星架13与齿圈14相配合的位置，使空心的太阳轮轴26能更可靠地承载和传递扭矩。加强段261与周边的内壁之间采用平滑过渡形成一体连接。太阳轮轴26的中空轴内直径范围为300毫米至800毫米之间。

由于增扭箱7内部空间有限，在增扭箱7内既要满足强度、寿命的使用需求，又要使标准件轴承可以与内部结构空间形成良好的配合，因此，传递的结构形式无法满足。行星轮27通过行星轮销轴24与行星轮轴承23固定在行星架13上，行星架13上端面和下端面的上连接端132、下连接端131的内侧与太阳轮轴26之间分别夹持设置一套于太阳轮轴26上的轴承21，上连接端132、下连接端131的外侧与上箱体12及下箱体12之间分别夹持设置一套于上连接端132、下连接端131上的轴承22，通过轴承21、轴承22对行星架13进行固定，上下两端的轴承22均通过密封座16进行轴向固定，上下两端的密封座16分别固定在上箱体12和下箱体15上，密封座16与行星架13的上连接端132、下连接端131之间采用密封17进行密封；上端的轴承21通过密封座25进行轴向固定，密封座25固定在上连接端132上，密封座25与太阳轮轴26之间通过密封进行密封；下端的轴承21通过密封座19进行轴向固定，其中位于下端的轴承21还通过限位装置18固定在行星架13中，限位装置18为分段式设计，通过设置在下连接端131内侧壁上的密封座19进行径向固定。密封座19可以连接在限位装置18上。密封座19与太阳轮轴26之间通过密封20进行密封。本方案中要想通过结构件的抗剪来实现对轴承21的轴向定位，只有当限位装置18做成分段式设计时，才能进行安装。

上连接端132、下连接端131可以与行星架13的上端面、下端面一体成形或为独立的部件，与行星架13的上端面、下端面连接、组装为一体。

本申请中，较佳地，行星架13由传统的结构设计为分体结构，如图8所示，由上架体133、下架体134和连接上架体133和下架体134的多个连轴135构成；上架体133和下架体134中心具有一中心孔，该中心孔用于容纳太阳轮轴26；相邻的连轴135之间形成的空间137可用于容纳安装行星轮。这种结构不但减轻了行星架的重量，而且避免了在行星架上开设用于容纳行星轮的安装孔，降低了加工难度和生产成本，使固定行星轮销轴的安装孔136更加方便加工，保证了安装孔的配合公差、间隙和装配精度的控制。

动力头的输出扭矩通过增扭装置后，最终输出扭矩得到提升，起到了扭矩放大作用，使得旋挖钻机的动力头能满足更大直径及更大深度的套管埋设。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种动力头增扭装置，其特征在于，包含增扭箱和托架，托架一端与增扭箱连接，另一端伸出有可卡在桅杆上的卡爪，通过卡爪使托架可沿桅杆垂直滑动；

所述增扭箱包括：由太阳轮轴、安装在行星架上的行星轮与齿圈通过齿轮啮合组成的行星减速机构和夹持固定行星减速机构的上箱体和下箱体，行星减速机构通过上箱体和下箱体连接固定在托架上；

太阳轮轴为空心轴，形成可容纳钻杆垂直穿过的空间；太阳轮轴上端用于与动力头输出端连接；齿圈上端与上箱体连接，齿圈下端与下箱体连接；行星架下端设置一用于与需要埋设的套管进行连接的下连接端；

行星架上端面设置一上连接端，上连接端和下连接端的内侧与太阳轮轴之间分别夹持设置一套于太阳轮轴上的内轴承，内轴承通过连接在上连接端和下连接端的内密封座进行轴向固定；

行星架上端面设置一上连接端，上连接端和下连接端的外侧与上箱体和下箱体之间分别夹持设置一套于上连接端和下连接端上的外轴承，外轴承通过连接在上箱体和下箱体上的外密封座进行轴向固定；

位于下端的内轴承还通过限位装置固定在行星架中，所述限位装置为沿圆周间隔排列的分段式结构；

太阳轮轴为行星减速机构的输入端，齿圈为行星减速机构的固定端，齿圈上端通过螺栓与上箱体连接，齿圈下端通过螺栓与下箱体连接，最终由行星架为输出端进行行星减速机构的扭矩输出。

2.根据权利要求1所述的动力头增扭装置，其特征在于，行星架为分体结构，包括上架体、下架体和连接上架体和下架体的多个连轴；相邻的连轴之间形成的空间用于容纳安装行星轮。

3.根据权利要求1所述的动力头增扭装置，其特征在于，上架体和下架体上分别设置有用于容纳行星轮销轴的安装孔，行星轮通过行星轮销轴安装于相邻的连轴之间形成的空间中。

4.根据权利要求1所述的动力头增扭装置，其特征在于，太阳轮轴的内壁设置一加强段，加强段处的壁厚大于其他位置的内壁厚度，加强段位于行星架与齿圈相配合的位置。

5.根据权利要求4所述的动力头增扭装置，其特征在于，太阳轮轴的中空轴内直径范围为300毫米至800毫米之间。

6.根据权利要求1所述的动力头增扭装置，其特征在于，太阳轮轴上端与动力头输出端通过若干销轴连接，且销轴轴线方向与动力头回转中心垂直。

7.一种旋挖钻机，包含旋挖主机、桅杆、钻杆、以及固定在桅杆上可驱动钻杆进行钻孔的动力头，其特征在于，还包括权利要求1－权利要求6中任意一项权利要求所述的动力头增扭装置。